物理研究性实验报告 - 法拉第磁光效应 - 图文

基础物理实验研究性报告

实验编号：S10 基础物理实验研究性报告

法拉第磁光效应实验

院（系）名称 材料科学与工程 学生姓名

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目录

摘要 .................................................................................................................................................. 2 关键词 .............................................................................................................................................. 2 第一部分：实验过程及结果 ........................................................................................................... 2 一：实验重点 ................................................................................................................................... 2 二：实验原理 ................................................................................................................................... 2

1．法拉第效应 ......................................................................................................................... 3 2．法拉第效应的唯象解释 ..................................................................................................... 3 3．磁光调制原理 ..................................................................................................................... 7 4．磁光调制器的光强调制深度 ........................................................... 错误！未定义书签。 三：仪器介绍 ................................................................................................................................... 9 四：实验内容 ................................................................................................................................. 11

1．电磁铁磁头中心磁场的测量（图5.16.7） ........................................................... 11 2．正交消光法测量法拉第效应实验（图5.16.8） ................................................... 12 3．磁光调制实验（图5.16.9） ................................................................................... 14

五：注意事项 ................................................................................................................................. 15 六：数据及其处理 ......................................................................................................................... 15

1．电磁铁磁头中心磁场的测量 ........................................................................................... 15 2．正交消光法测量法拉第效应实验 ................................................................................... 16 3．磁光调制实验 ................................................................................................................... 17 第二部分：实验后讨论分析 ......................................................................................................... 19 一：实验中误差来源与分析 ......................................................................................................... 19 二：我讨论的内容 ......................................................................................................................... 19

第二种方法测量法拉第效应实验 ......................................................................................... 20 三：磁光效应的应用 ..................................................................................................................... 23

1 磁光调制器 ......................................................................................................................... 23 2 磁光隔离器 ......................................................................................................................... 24 3 磁光传感器 ......................................................................................................................... 24 4 磁光记录 ............................................................................................................................. 24 5 磁光环行器 ......................................................................................................................... 25 四：实验后收获与感想 ................................................................................................................. 25

主要参考文献：..................................................................................................................... 25

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摘要

本文对磁光效应实验的原理、步骤、仪器进行了简要的介绍，并对实验数据进行处理以及误差分析。另外根据我们研究的内容，（1）本报告以“费尔德常数V的测量”实验为研究对象，除使用了“正交消光法”

外还研究了“调制倍频法”，同时对比讨论了两种方法的优缺点，并得出了一些结论。研究后还进一步改进了“调制倍频法”，使实验结果更准确。（2）本报告中举例说明磁光效应在我们生活中的应用。此外，我们深入理解实验，最后说明了实验的收获与感想。

M.Faraday (1791-1876) 关键词

法拉第效应、电磁感应强度、费尔德常数 调制倍频法

第一部分：实验过程及结果

一：实验重点

① 用特斯拉计测量电磁铁磁头中心的磁感应强度，分析线性范围。 ② 法拉第效应实验：正交消光法检测法拉第旋光玻璃的费尔德常数。 ③ 磁光调制实验：熟悉磁光调制的原理，理解倍频法精确测定消光位置。 ④ 磁光调制倍频法研究法拉第效应，精确测量不同样品的费尔德常数。

二：实验原理

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1．法拉第效应

实验表明，在磁场不是非常强时，如图5.16.1所示，偏振面旋转的角度? 与光波在介质中走过的路程d及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量B成正比，即：

? =VBd （5.16.1）

比例系数V由物质和工作波长决定，表征着物质的磁光特性，这个系数称为费尔德（Verdet）常数。

费尔德常数V与磁光材料的性质有关，对于顺磁、弱磁和抗磁性材料（如重火石玻璃等），V为常数，即?与磁场强度B有线性关系；而对铁磁性或亚铁磁性材料（如YIG等立方晶体材料），?与B不是简单的线性关系。

图5.16.1 法拉第磁致旋光效应

不同的物质，偏振面旋转的方向也可能不同。习惯上规定，以顺着磁场观察偏振面旋转绕向与磁场方向满足右手螺旋关系的称为“右旋”介质，其费尔德常数V>0；反向旋转的称为“左旋”介质，费尔德常数V<0。

2．法拉第效应的唯象解释

从光波在介质中传播的图象看，法拉第效应可以做如下理解：一束平行于磁场方向传播的线偏振光，可以看作是两束等幅左旋和右旋圆偏振光的迭加。这里左旋和右旋是相对于磁场方向而言的。

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图5.16.2 法拉第效应的唯象解释

如果磁场的作用是使右旋圆偏振光的传播速度c / nR 和左旋圆偏振光的传播速度c / nL不等，于是通过厚度为d的介质后，便产生不同的相位滞后：

?R?2??nRd ， ?L?2??nLd （5.16.2）

式中? 为真空中的波长。这里应注意，圆偏振光的相位即旋转电矢量的角位移；相位滞后即角位移倒转。在磁致旋光介质的入射截面上，入射线偏振光的电矢量E可以分解为图5.16.2(a)所示两个旋转方向不同的圆偏振光ER和EL，通过介质后，它们的相位滞后不同，旋转方向也不同，在出射界面上，两个圆偏振光的旋转电矢量如图5.16.2(b)所示。当光束射出介质后，左、右旋圆偏振光的速度又恢复一致，我们又可以将它们合成起来考虑，即仍为线偏振光。从图上容易看出，由介质射出后，两个圆偏振光的合成电矢量E的振动面相对于原来的振动面转过角度?，其大小可以由图5.16.2(b)直接看出，因为

?R????L?? （5.16.3）

所以

??(?R??L) （5.16.4）

12由（6.16.2）式得

???(n?n)d??F?d （5.16.5） ?RL当nR > nL时，??>0，表示右旋；当nR < nL时，??>0，表示左旋。假如nR和nL的差值正比于磁感应强度B，由（5.16.5）式便可以得到法拉第效应公式（5.16.1）。式中的?F??(nR?nL)为单位长度上的旋转角，称为比法拉第旋转。因为在铁磁?或者亚铁磁等强磁介质中，法拉第旋转角与外加磁场不是简单的正比关系，并且

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存在磁饱和，所以通常用比法拉第旋转??F的饱和值来表征法拉第效应的强弱。式(5.16.5)也反映出法拉第旋转角与通过波长??有关，即存在旋光色散。

微观上如何理解磁场会使左旋、右旋圆偏振光的折射率或传播速度不同呢？上述解释并没有涉及这个本质问题，所以称为唯象理论。从本质上讲，折射率nR和nL的不同，应归结为在磁场作用下，原子能级及量子态的变化。这已经超出了我们所要讨论的范围，具体理论可以查阅相关资料。

其实，从经典电动力学中的介质极化和色散的振子模型也可以得到法拉第效应的唯象理解。在这个模型中，把原子中被束缚的电子看做是一些偶极振子，把光波产生的极化和色散看作是这些振子在外场作用下做强迫振动的结果。现在除

?了光波以外，还有一个静磁场B作用在电子上，于是电子的运动方程是

????dr?d2r??m2?kr??eE?e???B （5.16.6） dt?dt?式中r是电子离开平衡位置的位移，m和e分别为电子的质量和电荷， k是这个偶极子的弹性恢复力。上式等号右边第一项是光波的电场对电子的作用，第二项是磁场作用于电子的洛仑兹力。为简化起见，略去了光波中磁场分量对电子的作用及电子振荡的阻尼（当入射光波长位于远离介质的共振吸收峰的透明区时成立），因为这些小的效应对于理解法拉第效应的主要特征并不重要。

假定入射光波场具有通常的简谐波的时间变化形式ei?t，因为我们要求的特解是在外加光波场作用下受迫振动的稳定解，所以r的时间变化形式也应是ei?t，因此式（5.16.6）可以写成

?e??e?(?02??2)r?i?r?B??E （5.16.7）

mm??式中?0?k/m，为电子共振频率。设磁场沿 +z方向，又设光波也沿此方向传播并且是右旋圆偏振光，用复数形式表示为

E?Exei?t?iEyei?t

将式（5.16.7）写成分量形式

(?02??2)x?i(?02??2)y?ie?eBy??Ex （5.16.8） mme?eBx??Ey （5.16.9） mm5

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将式（5.16.9）乘i并与式（5.16.8）相加可得

(?02??2)(x?iy)?e?eB(x?iy)??(Ex?iEy) （5.16.10） mm因此，电子振荡的复振幅为

x?iy?em(?02??2)?e?B(Ex?iEy) （5.16.11）

??设单位体积内有N个电子，则介质的电极化强度矢量P??Ner。由宏观电动力学的物质关系式P?e0?E（? 为有效的极化率张量）可得

??P?Ner?Ne(x?iy)ei?t?? （5.16.12） ????i?t?0E?0E?0(Ex?iEy)e??将式（5.16.10）代入式（5.16.12）得到

Ne2/m?0 （5.16.13） ??e?22?0???Bm令?c=eB/m（?c称为回旋加速角频率），则

??Ne2/m?0?02??2???c （5.16.14）

由于n2??/?0?1??，因此

nR?1?2Ne2/m?0?0?????c22 （5.16.15）

对于可见光，? 为（2.5-4.7）?1015s-1，当B=1T时，?c≈1.7?1011s-1 <

nR2Ne2/m?0?1? （5.16.16） 22(?0??L)??式中?L=??c/2=(e/2m)B,为电子轨道磁矩在外磁场中经典拉莫尔（Larmor）进动频率。

若入射光改为左旋圆偏振光，结果只是使?L前的符号改变，即有

nL2Ne2/m?0?1? （5.16.17） 22(?0??L)??对比无磁场时的色散公式

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n?1?2Ne2/m?0?02??2 （5.16.18）

可以看到两点：一是在外磁场的作用下，电子做受迫振动，振子的固有频率由

?0变成?0±?L，这正对应于吸收光谱的塞曼效应；二是由于?0的变化导致了折射率的变化，并且左旋和右旋圆偏振的变化是不相同的，尤其在? 接近?0时，差别更为突出，这便是法拉第效应。由此看来，法拉第效应和吸收光谱的塞曼效应是起源于同一物理过程。

实际上，通常nL、nR和n相差甚微，近似有

22nR?nLnL?nR? （5.16.19）

2n由式（5.16.5）得到

?d??(nR?nL) （5.16.20） ?将式（5.16.19）代入上式得到

?22?nR?nL?? （5.16.21） d?2n将式（5.16.16）、式（5.16.17）、式（5.16.18）代入上式得到

??Ne3?21???B （5.16.22） 2d2cm2?0n(?0??2)222由于?L项。由式（5.16.18）得 ???2，在上式的推导中略去了?LdnNe2?? （5.16.23） 2d?m?0n(?0??)2由式（5.16.22）和式（5.16.23）可以得到

?d??1edn1edn????B??????B （5.16.24） 2cmd?2cmd?dn为介质在无磁场时的色散。在上述推导中，左旋和右旋d?式中??为观测波长，

只是相对于磁场方向而言的，与光波的传播方向同磁场方向相同或相反无关。因此，法拉第效应便有与自然旋光现象完全不同的不可逆性。

3．磁光调制原理

根据马吕斯定律，如果不计光损耗，则通过起偏器，经检偏器输出的光强为

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I?I0cos2? （5.16.25）

式中，I0为起偏器同检偏器的透光轴之间夹角??=0或??=? 时的输出光强。若在两个偏振器之间加一个由励磁线圈（调制线圈）、磁光调制晶体和低频信号源组成的低频调制器（参见图5.16.3），则调制励磁线圈所产生的正弦交变磁场B=B0sin?t，能够使磁光调制晶体产生交变的振动面转角?=??0sin?t，?0称为调制角幅度。此时输出光强由式（5.16.25）变为

I?I0cos2(???)?I0cos2(???0sin?t) （5.16.26）

由式（5.16.26）可知，当??一定时，输出光强I仅随??变化，因为??是受交变磁场B或信号电流i=i0sin?t控制的，从而使信号电流产生的光振动面旋转，转化为光的强度调制，这就是磁光调制的基本原理。

图5.16.3 磁光调制装置

根据倍角三角函数公式由式（5.16.26）可以得到

I?1I0?1?cos2(???)? （5.16.27） 2显然，在0?????90?的条件下，当????? 时输出光强最大，即

Imax?I0?1?cos2(???0)? （5.16.28） 2当????时，输出光强最小，即

Imin?I0?1?cos2(???0)? （5.16.29） 2定义光强的调制幅度

A?Imax?Imin （5.16.30）

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由式（5.16.28）和式（5.16.29）代入上式得到

A?I0sin2?sin2? （5.16.31）

由上式可以看出，在调制角幅度??一定的情况下，当起偏器和检偏器透光轴夹角

?=45?时，光强调制幅度最大

Amax?I0sin2?0 （5.16.32）

所以，在做磁光调制实验时，通常将起偏器和检偏器透光轴成45?角放置，此时输出的调制光强由式（5.16.27）知

I??45??I0(1?sin2?) （5.16.33） 2当?=90?时，即起偏器和检偏器偏振方向正交时，输出的调制光强由式（5.16.26）知

I??90??I0sin2? （5.16.34）

当?=0?，即起偏器和检偏器偏振方向平行时，输出的调制光强由式（5.16.26）知

I??0??I0cos2? （5.16.35）

若将输出的调制光强入射到硅光电池上，转换成光电流，在经过放大器放大输入示波器，就可以观察到被调制了的信号。当?=45?时，在示波器上观察到调制幅度最大的信号，当?=0?或?=90?，在示波器上可以观察到由式（5.16.34）和式（5.16.35）决定的倍频信号。但是因为?一般都很小，由式（5.16.34）和式（5.16.35）可知，输出倍频信号的幅度分别接近于直流分量0或I0。

三：仪器介绍

FD-MOC-A磁光效应综合实验仪包括：导轨滑块光学部件、两个控制主机、直流可调稳压电源、双踪示波器。

光学元件的放置如图5.16.5所示，分别安装有激光器、起偏器、检偏器、测角器（含偏振片）、调制线圈、会聚透镜、探测器、电磁铁。直流可调稳压电源通过四根连接线与电磁铁相连，电磁铁既可以串连，也可以并联，具体连接方式及磁场方向可以通过特斯拉计测量确定。

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五：注意事项

① 实验时不要将直流的大光强信号直接输入进选频放大器，以避免对放大器的损坏。

② 起偏器和检偏器都是两个装有偏振片的转盘，读数精度都为1?，仪器还配有一个装有螺旋测微头的转盘，转盘中同样装有偏振片，其中外转盘的精度也为1?，螺旋测微头的精度为0.01mm，测量范围为8mm，即将角位移转化为直线位移，实现角度的精确测量。

③ 实验仪的电磁铁的两个磁头间距可以调节，这样不同宽度的样品均可以放置于磁场中间，并且实验中可以将手臂形特斯拉计探头固定架测量中心磁场的磁感应强度。

④ 实验结束后，将实验样品及各元件取下，依次放入手提零件箱内。注意不要用手触摸样品的透光面。

⑤ 样品及调制线圈内的磁光玻璃为易损件，人为损坏不在保修范围内，使用时应加倍小心。

⑥ 实验时应注意直流稳压电源和电磁铁不要靠近示波器，因为电源里的变压器或者电磁铁产生的磁场会影响电子枪，引起示波器的不稳定。

⑦ 用正交消光法测量样品费尔德常数时，必须注意加磁场后要求保证样品在磁场中的位置不发生变化，否则光路改变会影响到测量结果。

⑧ 完成实验时，注意测量环境不要有大的振动，外界不要有大的光源光强变化。最好在暗室内完成相关实验。

六：数据及其处理

1．电磁铁磁头中心磁场的测量

分别取磁头间隙为20cm和10cm，测出励磁电流I与中心磁场磁感应强度B关系曲线，通过作图法分析线性范围，并求出B~I关系式。

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B1 (mT) B2 (mT) B1 (mT) B2 (mT) I(A) D1=20(mm) D2=10(mm) I(A) D1=20(mm) D2=10(mm) 0.00 0 0.20 18 0.40 34 0.60 49 0.80 68 1.00 83 1.20 119 1.40 118 1.60 131 1.80 146 2.00 160 8 53 91 141 186 222 259 301 328 372 391 2.20 172 2.40 180 2.60 185 2.80 192 3.00 198 3.20 203 3.40 209 3.60 212 3.80 215 4.00 219 418 432 451 461 471 483 491 501 509 516

当d=10mm时，对点(0.68，150)(1,28,275)，可求得K=208.3，令y=B/mT, x=I/A，有

y=206.67*x+8

当d=20mm时，对点（0.64,50）（1.24,100），可求的K=83.3,令y=B/mT, x=I/A，有

y=83.3*x

2．正交消光法测量法拉第效应实验

测量法拉第旋光玻璃的费尔德常数V并计算不确定度。

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θ1 θ2 Δθ B

33° 37° 4° 80° 77° 3° 82° 79° 3° 114mT 4?3?3?3.33?3?3.33?60V???2.204弧分/特斯拉?厘米Bd0.114?0.796???a??b????i-??23?20.5?0.29?3a?0.33?22?=u???????b?0.439?

Bb?1mt?0.58mt322u?v?u???u?B????0.1322v?Bu?v??0.029?103弧分/特斯拉?厘米?v??2.20?0.03??103弧分/特斯拉?厘米3．磁光调制实验

记录调制波形，根据磁光调制原理分析原因。 A．最大振幅处：

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B．中间部分

C．最小振幅处：

D．倍频处：

E．李萨如图形：

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产生磁光的原因分析：

根据马吕斯定律，通过光强为I=I0cos2a可得：当a=0°或者a=π时，输出光强为I0 。当加入励磁线圈后，磁光调制晶体和倍频信号源组成倍频调制器，输出光强I=I0cos2(a+θ0sinwt)，此时当a一定时，输出光强随θ的改变而改变，从而使得信号电流产生的光震动面旋转，转化成光的强度调制，有：a=0°时，I=I0cos2θ,当a=45°时，I=I0/2(1-sin2θ),当a=90°时，I=I0sin2a.

第二部分：实验后讨论分析

一：实验中误差来源与分析

在实验一电磁铁磁头中心磁场的测量中，实验仪器和不正确的实验操作都可能产生实验误差，其中如果将直流稳压电源的输出端的红黑插头和电磁铁的插口方向插错，结果与理论值相差甚远。此外，如果在特斯拉计探头还没有正对在磁头中心就测量的话，测量B值也会小于理论值。对于2，3，4实验，误差主要来源于光导轨上各个器件位置是否摆放恰当，激光点是否水平通过与各个器件，这对于实验结果至关重要。

二：我们讨论的内容

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第二种方法测量法拉第效应实验

磁光调制倍频法测量法拉第效应实验（图5.16.9） 实验原理：

由激光器发出的细光束经起偏器后成为线偏振光. 该线偏振光通过置于由电磁铁所产生的磁场内的待测磁光介质样品后,光束的偏振面发生旋转. 进而再经磁光调制器调制, 并通过检偏测角仪后由光电二极管接收.光电流经放大器放大后由示波器显示.根据马吕斯定律, 经检偏器后光电二极管接收到的光强为

I (a) = I0 cos2a (1)

式中: a为起偏器和检偏器透光轴之间的夹角, , I0为a= 0 时的输出光强. 在2 个偏振器之间插入磁光调制器(通常由1 块磁光介质和加在其上的交流磁场所构成) . 设由交变电流产生的交变磁场B 所引起的交变法拉第旋转角为θ,

θ=sin ωt . (2)

式中:θ0是交变法拉第旋转角θ的幅度, 称为调制幅度. 因此,最终接收到的光强为

. (3)

显然I 为a和的函数. 通常在测量时, 固定,此时探测到的信号将只随a的变化而变化.

?πI0I?，??[1 - cos (2θ0 sin ωt) ] 2当a=π/ 2 时光强为? =2, (4)

当a= 0 时光强为

I (0 ,θ) =I0[1 + cos (2θ0 sin ωt) ]2 . (5)

此时, I 为t 的偶函数,形象地在示波器上表现为波形的频率变为调制频率ω的2 倍,故此方法命名为磁光调制倍频法.

实验步骤：

① 将半导体激光器、起偏器、透镜、电磁铁、调制线圈、有测微机构的检偏器、光电接收器依次放置在光学导轨上；

② 在电磁铁磁头中间放入实验样品，将恒流电源与电磁铁相连，将主机上调制信号发生器部分的“示波器”端与示波器的“CH1”端相连；将激光器与主

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机上“3V输出”相连，调节激光器，使激光依次穿过各元件，并能够被光电接收器接收；将调制线圈与主机上调制信号发生器部分的“输出”端用音频线相连；将光电接收器与主机上信号输入部分的“基频”端相连；用Q9线连接选频放大部分的“基频”端与示波器的“CH2”端；

③ 用示波器观察基频信号，旋转检偏器到消光位置附近，将光电接收器与主机上信号输入部分的“倍频”端相连，同时将示波器的“CH2”端与选频放大部分的“倍频”端相连，微调检偏器的侧微器到可以观察到稳定的倍频信号，读取此时检偏器的；

④ 打开恒流电源，给样品加上恒定磁场，可看到倍频信号发生变化，调节检偏器的侧微器至再次看到稳定的倍频信号，读取此时检偏器的，得到样品在该磁场下的偏转角θ=-； 激光器起偏器透镜电磁铁调制线圈测角器探测器FD-MOC-A磁光效应综合实验仪mT特斯拉计调零探头输出FD-MOC-A磁光效应综合实验仪输入光功率计激光器电源2uW20uW200uW2mW调零DC 3V信号输入基频倍频选频放大基频倍频电源信号发生器频率幅度示波器上海复旦天欣科教仪器有限公司上海复旦天欣科教仪器有限公司 8 磁光调制倍频法测量法拉第效应连接示意图5.16.9 图倍频法测量法拉第效应实验装置连接示意 数据记录及处理：

倍频法测量偏转角和中心磁场磁感应强度之间关系曲线，计算冕玻璃的费尔德常数。

θ1 200°5′

v???60??202?55′-200?5???4.89?102弧分/特斯拉厘米Bd0.174?2

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θ2 202°55′ B 174mT d 20mm 可得：

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正交消光法测量法与磁光调制倍频法测量法的比较

正交消光法测量法最简单的一种测量方法，它是根据马吕斯定律直接进行测量 ,然而这种方法需要肉眼进行光强的极值判断,精确度无法保证.而磁光调制倍频法 ,通过在光路中加入调制线圈,实现了将肉眼对光强极值的判断转变为对条纹倍频位置的判断,提高了测量精度.

结果讨论及方法改进 1．讨论：

α为起偏器和检偏器透光轴之间的夹角，是交变法拉第旋转角θ的幅度, 称为调制幅度。

实验过程中，我们认为是不变的，只对倍频位置,即α进行讨论, 而事实上对实验结果存在很大影响.在进行实验3，观察波形的时候，我们观察到了信号的变化，除了倍频现象，我们还看到了畸变现象，可见，调制线圈的存在其调制幅度和影响实验效果。具体就本实验来看，由式(4) 理论计算得到的当分别等于π/8,π/ 4 ,π/ 2 ,2π/ 3 时倍频信号与调制信号的相互关系，发现随着磁光调制幅度的逐渐增大,接收到的光强的幅值也逐渐增大,且当从0 增大到π/ 2 (表现为sin ωt 取值[0 ,1 ]) 时,幅值将不再继续增加. 而≤π/ 4 时, 探测的波形才反映了调制器的实际波形,而当θ>π/ 4 时,波形将发生畸变,且越大,畸变越严重，对于本实验来说，决定准确度最重要的一点就是准确判断倍频的时刻，因此尽管无论取什么值,当α=π/ 2或α=0 时都会出现倍频位置,然而表现出的波形却不尽相同. 在实验中, 为了测量上的方便,需要清晰可辨的正(余) 弦波形.所以只有当≤π/ 4 时, 探测的波形才反映了调制器的实际波形, 才是我们所需要的。那么何为最理想的大小呢？在实验测量过程中, 一方面为了得到清晰的倍频位置, 波形幅值应尽可能大, 此时需要增大;而另一方面,过大将造成波形畸变,又会对倍频位置判断造成影响. 理想的应控制在π/ 4处,然而实验中调制幅度不可能被十分精确地定量控制,而且调制幅度还与磁光调制器内部具体的磁场大小以及所用磁光介质的费尔德常量有关. 所以, 实验中应边增大调制幅度边观察示波器上的波形,以调制幅度最大且又不发生波形畸变为标准。 2.改进

从(4) 式和(5) 式还可以看出,α=π/ 2 或α= 0的位置波形频率加倍,是利用了cosθ的偶函数性质,而与频率ω的大小无关, 因此,只要采用某些方法来实现

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周期性的偏振变化,就都能够实现与磁光调制器完全相同的作用, 实现磁光调制倍频法的实验测量, 这样就可以减小由于传统磁光调制器中的磁光介质性能的变化(如长期工作线圈发热等因素) 对实验结果产生的不良影响。

此外,由于法拉第效应具有非互易性（在磁场方向不变的情况下，光线往返穿过磁致旋光物质时，法拉第旋转角将加倍）, 利用这一特性，可以使光线在介质中往返数次，从而使旋转角度加大，因此可以借助反射镜使光束正反2 次通过样品，使得法拉第旋转角加倍，提高测量精度。 该方法在测量石英等具有小费尔德常量介质的法拉第旋转角时尤其有用,具体的实验光路如下图所示。

三：磁光效应的应用

随着磁光理论的逐步完善和大量的磁光材料被研究合成，许多磁光器件被研制出来，如磁光调制器、磁光隔离器、磁光传感器、磁光环行器和磁光盘存储器等。

1 磁光调制器

磁光调制器是利用偏振光通过磁光介质，透射光的偏振面发生旋转来调制光束。磁光调制器的应用非常广泛，可作红外检测器的斩波器，可制成红外辐射高温计、高灵敏度偏振计等。磁光调制器的原理是将电信号先转换成与之对应的交变磁场，由磁光效应改变在介质中传输的光波的偏振态，从而达到改变光强等参的目的。

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2 磁光隔离器

随着光纤通信、光信息处理和磁光记录等技术的高速发展，光源的稳定性就显得至关重要。各种反射光都会严重干扰光源的正常输出，从而影响了整个系统的正常工作。磁光隔离器就是防止反向传输的干扰光对光源的影响，提高系统的工作稳定性。光隔离器的工作原理：当光正向入射时，通过起偏器后成为线偏振光，再通过磁光介质与外磁场使光的偏振方向右旋45 度，并恰好能通过与起偏器成45 度放置的检偏器。而对于反向光，由检偏器射入的线偏振光经过放置介质时，偏转方向也右旋转45 度，从而使反向光的偏振方向与起偏器方向成90 度，无法通过起偏器，从而实现正向通过，反向隔离的目的。

3 磁光传感器

现代工业的高速发展，对电网的输送和检测的要求更高。如今电测技术日趋成熟，由于电测技术具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点，已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。光纤电流传感器具有很好的绝缘性和抗干扰能力以及较高的测量精度，容易小型化。磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。光纤电流传感器是根据法拉第效应原理，当一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时，光的偏振方向发生改变来实现传感器的功能。磁光效应传感器作为一种特定用途的传感器，能够在特定的环境中发挥自己的功能，也是一种非常重要的工业传感器。

4 磁光记录

磁光记录是近年来发展起来的高新技术，是存储技术的一大飞跃发展。磁光记录是目前最先进的信息存储技术，它兼有磁记录和光记录两者的优点，磁光记录兼有光记录的大容量和磁记录的可重写性。磁光存贮是通过激光的热效应，改变稀土非晶合金薄膜的磁化矢量的取向，产生磁化矢量垂直于膜面的磁畴，利用该磁畴进行信息的写入。改变施加的磁场方向，经过同一激光的作用后就可逐点擦除已被记录的信息。磁光记录的读出是利用磁光克尔效应对记录信号进行读出。

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5 磁光环行器

随着光纤通信技术在通信领域的应用，具有光的非互易性和自光行进方向耦合端循环的磁光环行器被广泛应用于光纤通信技术中。利用环行器可在一根光纤内传输两个不同方向的信号，从而大大减小了系统的体积和成本。磁光环行器一般为四端环行器，光从端口1→2→3→4→1 进行传输。四端环行器由一对偏振光分束器、全反射棱镜、45 度石英旋转器、45 度法拉第旋转器组成。随着时代的进步、科学技术的发展，对磁光特性的研究必将日益深入，新的磁光材料也会不断被发现，磁光学必将获得更大的发展，磁光材料、器件和测量技术将会展现出更广阔的应用空间。

四：实验后收获与感想

我们做实验的目的一方面是观察现象、实证定理、总结规律，更重要的一方面是要从中举一反三，感悟更多的知识、思考更多的方法，因此，此次研究性实验，我们在教学资料的指导下，探究了一种与“正交消光法”不同的“调制倍频法”，这种方法结果更方便更准确。“精准”一直是我们在实验过程中不断追求的，因此我们又探讨了实验方法的改进，最后还扩展知识，考虑了磁光效应的应用。另外，最初以为较简单的这个实验，在真正认真细致的了解它的设计、数据的处理方法等等的时候出现了各种各样的问题，可见对于科学研究要有一种严谨的态度，不能认为“大概”是这样，“差不多”是这么多。最后一点感想就是，在撰写论文的时候，出现了各种各样的问题，有各种各样我不懂的知识，这需要我一点点了解，边学习边研究，曾经有好多次都想要放弃，但是面对困难无论是学术上的还是生活中的都要怀着乐观的心态，迎难而上！

主要参考文献：

[1]《法拉第效应实验中不同光强点对磁光调制器灵敏度的影响》作者：陈书来 [2]《近代物理实验》（北京：科学出版社）

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